电力巡检机器人机械臂的研制

吴冠雄

（天津渤海职业技术学院300402）

摘要：对于当前的连云里运输方式来说，高压运输以及超高压运输是当前我们广泛使用的两种方式。为了保证当前的高压输电线路自身的稳定以及安全运行构建，就必须进行定期的巡视检查。随着当前的移动机器人发展势头越来越迅猛，架空电力线的巡检得到了更多的发展空间，也获得了更多的研发机会。最近这些年，输电线路本身的巡检机器人的自身研究已经成为了当前及其夫人的研究领域当中的主要热点。本文主要分析了当前的国内外高压输电线路巡检机器人的特征，并针对机器人自身结构特点提出了针对机械臂的设计研发，并进行了探索和研究。

关键词：电力巡检机器人；机械臂；研制

随着当前电力系统的不断发展壮大，针对性的巡检机器人也在如火如荼的研究开发当中。巡检机器人本身作为当前线路巡检的主体，其主要的作业任务就包括针对沿着档间导线巡线以及对应进行跨越耐张塔时候的巡线路线变形。沿着直线进行巡线的时候，机器人主要需要进行无障碍段落的直线行驶构建，并同时对应进行跨越或者是避让对应的各种障碍物，比如防震锤、压接管或者是悬垂线夹等特殊部件。进行变路径巡线的时候，机器人在每一个对应的特殊地点，比如耐张塔进行经过的时候，都需要完成对应的相线或者是引流线之间的路径转移构建。这就对当前的巡检机器人本身的机械臂研制开发造成了很大的难度。

1巡检机器人的机械臂简要分析

巡检机器人的机械臂主要是模拟人手出现，采用对应的交错分布的结构布局，三个手臂就可以实现对应的稳固挂线的结构要求。一般说来，机械手臂都会具有六个自由度构建，其中包括三个自由度来进行引导末端的执行装置到达所需要的指定位置。另外的三个自由度则决定末端的主要执行装置的方向，也就是对应的姿态。但是如果机械手的本身就具有十分特殊的结构，那么再针对性的优化构建下，少于六个自由度也可以进行指定的动作操作。对于左右两边的机械臂来说，如果我们要进行在线作业的功能，在当前的整个竖直面之内需要有相对足够的跨度构建来翻越障碍或者躲避障碍，因此经过优化之后三个自由度的构建就足以应付一切。首先是一个水平面的转动，然后是一个数值棉的仰俯处理，最后是一个数值面的上下移动处理，这种情况下的末端执行器的姿态要求就可以得到满足。中间的手臂只需要进行对应的配合，不用进行水平跨度的实践要求，因此在进行设计的时候就可以相对应的减少一个数值面的仰俯自由度要求。

在进行巡线工作的时候，机械臂本身的抬起过程构建中，机械本体的自身重心就会发生对应的偏移情况，整个机构也会产生一种十分不稳定的情况出现，所以我们在整个机械臂的基座部分设计了对应的质心调节控制处理装置，在这套装置当中，我们里哟个控制箱以及对应机座之间的位移相对移动框架处理来进行机械本身的整体重心位置调整处理，相对来说可以让中心的位置保持在两个机械臂的中心线当中。

图1巡检机器人的机构简图

2巡检机器人的机械臂进行设计的总体思路构建和框架

巡检机器人在当前的高压输电线路上进行工作的时候是处在一种高压带电的状态当中。首先，机器人自身的全部重量都压在了电线上，如果体积过重就会对导线带来巨大的伤害，因此重量必须要轻；其次，为了避免电流对机器臂内部造成一个巨大的破坏，因此机器人本体跟电源线接触的部分是必须要进行绝缘处理的。同时，高压电线周围也存在着强力的磁场，为了防止当前的磁场干扰以及针对外界的环境进行的腐蚀，我们就需要保证机器人内部结构尽可能处于一种紧凑的状态，工作部件尽可能绝缘密封，屏蔽电磁。

3巡检机器人的主臂研发设计

机器人的助臂部分主要是由以下的部分组成：行走轮的驱动轴、行走轮前护板以及后护板、锥齿轮机构、减速直流电机以及对应的主臂罩等等。行走轮是当前整个机器人机械臂最关键的支撑装置，不仅要完成当前的在线滚动任务以及导线抓取功能，同时还要针对性的承担当前的机械臂总重量，因此相对的承载能力以及强度必须达到一定的标准，同时自身的重量必须进行控制。因此在选择材料的时候，一般是采用高强度尼龙70作为整体行走轮的主体内核构件材料，行走轮表面采用具有高弹性构建的聚酯氨耐磨材料，同时利用这个材料本身的高弹性来增加根导线之间的接触压力，同时增加摩擦系数以便防止打滑，最终减轻了对高压线的磨损构建。

1.行走轮2.行走轮的驱动轴3.行走轮的前板

4.行走轮的后板5.主臂罩6.驱动电机7.锥齿轮机构

图2行走主臂的示意图（左）和三维图（右）

4巡检机器人的伸缩臂研发设计

伸缩臂如图3所示，分别由梯形丝杠、导向杆、护板、丝母以及丝母底座、底板还有驱动电机构成。伸缩臂以及对应的行走主臂之间可以通过丝座进行固定还有连接，同时传动机构也会采用相对平稳的螺旋传动进行处理，通过电机进行驱动处理的梯形螺纹丝杠进行传动，并且带动丝母沿着当前的导向杆进行上下的移动，从而保证了行走主臂的对应升降。

1.梯形丝杠2.导向杆3.护板4.丝母以5.丝母底座6.底板7.驱动电机

图3伸缩臂示意图

5巡检机器人组合摆臂的针对性设计研发

组合摆臂一般是由减速器进行拼凑而成的，这其中包括6个部分，具体构建见下图内标注。整个组合摆臂主要包括两个转动关节组成，点击本身通过当前的精密涡轮杆减速器来对连接板进行带动，在这种模式下，手臂的水平方向以及垂直方向就都可以获得摆动。通过当前电机的主要制动装置构建，我们还可以进行对应的主臂刚性以及柔性的平滑切换和转变，这样机器人就可以适应转弯以及跨越跳线的时候保持自身的位置以及姿态的结构要求，同时我们还会利用涡轮和蜗杆的机构自锁功能来让当前的行走主臂可以在任何一个位置都可以保持住相对稳定的情况和状态构建。

图4组合摆臂的示意图（左）和三维图（右）

上述三种机械臂在进行质心调节装置的配合就构成了整台机器人的主体框架。可以说，机械臂是整个输电线路巡检机器人的核心和主体也不为过。

结论

本文主要探索了巡检机器人最关键的三个机械臂部分，也就是主臂、伸缩臂和组合摆臂。机器人电路巡检已经成为为当前电力系统科技发展的重要目标，也是我们未来研究的主要方向。希望本文可以抛砖引玉，给同行提供一定的帮助。

参考文献

[1]杨成顺,杨忠,葛乐,黄宵宁,李少斌.基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统[J].济南大学学报(自然科学版).2013(04).

[2]吴功平,肖晓晖,郭应龙,胡基才.架空高压输电线自动爬行机器人的研制[J].中国机械工程.2006(03).

[3]YANYANZHAO,BINGQIN,WANXIANGCHE,TINGLIU.AppraisalExpressionRecognitionwithSyntacticPathforSentenceSentimentClassification.InternationalJournalofComputerProcessingofOrientalLanguages.2011.

[4]KUL-W,LOY-S,CHENH-H.Usingpolarityscoresofwordsforsentence-levelopinionextraction.Proceedingsofthe6thNT-CIR-6WorkshopMeeting.2007.